Objectiu

Avaluar l’eficiència de la tecnologia de nanofiltració i la combinació de nanofiltració + electrocoagulació en la reducció dels impactes ecològics causats per efluents miners amb altes càrregues de metalls pesants. 

Mètodes bàsics

Àrea d'estudi: efluents de la mina abandonada de Frongoch (Gales).

L’avaluació dels impactes ecològics es fa utilitzant el biofilm com a bioindicador, exposant-lo als efluents tractats i no tractats i mesurant els canvis funcionals i estructurals al llarg del temps.

El disseny experimental consta de 12 microcosmos, cada un conté 15 còdols autoclavats que es fan servir com a substrat natural per la colonització del biofilm. Durant la colonització cada microcosmos s’omple amb 3 L d’aigua artificial (simulant les condicions de nutrients i sals d’un riu de referencia) i és recircula mitjançant una bomba. L’aigua dels microcosmos és canvia cada 3 dies i la temperatura i els fotoperíode es fixen a 18ºC i 12 h de llum: 12 h de foscor. Per promoure el creixement del biofilm, es tiren 15 ml de suspensió de biofilm a cada canvi d’aigua.

El període d’exposició comença al cap de 3 setmanes, afegint els efluents miners tractats. S’avaluen quatre tractaments diferents per triplicat: control (C), nanofiltració (NF), nanofiltració + electrocoagulació (NF+E) i efluent miner no tractat (U). El període d’exposició està dissenyat per simular les condicions reals a la mina de Frongoch on l’efluent miner de 4.3 m3 h-1 desemboca en un riu de 100 m3 h-1. Durant aquest període també és canvia l’aigua cada 3 dies per evitar la disminució de nutrients.

Per mostrejar els paràmetres fisicoquímics de l’aigua, abans i després de cada canvi d’aigua:

1. Es va emplaçar una sonda paramètrica a cada aquari i és va anotar el pH, oxigen, conductivitat i temperatura.
2. Per avaluar la concentració de nutrients i metalls en aigua és va agafar mostra d’aigua filtrada per NH4+, NO3-, NO2-, PO43- i metalls.

Per altra banda, es va mostrejar el biofilm just abans de començar el període d’exposició (t0), i desprès d’1, 6 i 13 dies d’exposició. A cada dia de mostreig, és van agafar 3 còdols aleatòriament de cada un dels microcosmos per avaluar:

1. Composició de la comunitat, mitjançant la Benthotorch.
2. L’eficiència fotosintètica, fent servir la Mini-PAM
3. Es rasca el biofilm format a la superfície de cada còdol i és fa una suspensió amb l’aigua del corresponent microcosmos per analitzar:

• Clorofil·la (Chl-a)
• Ash free dry mass (AFDM)
• Bioacumulació de metalls

Resultats principals

Durant el període d’exposició a l’efluent miner tractat i no tractat no es van detectar diferències significatives en els paràmetres fisicoquímics i les concentracions de nutrients van ser estables, però decreixien entre canvis d’aigua. Les concentracions de metalls en aigua van demostrar que el Zn era el metall més abundant en tots els microcosmos (menys el C), trobant-se la concentració més alta al U, per altra banda el Pb i el Cd estaven per sota del límit de detecció durant tot l’experiment.

En el biofilm exposat al U es va observar una clara reducció de l’eficiència fotosintètica i un clar canvi en la composició de la comunitat, on la comunitat va passar a ser dominada per les algues verdes mentre que en la resta de tractaments i el control, la composició de la comunitat es va mantenir dominada per les diatomees. Mentre que els valors de Chl-a decreixen al llarg de l’experiment en tots els microcosmos per igual, sense diferencies significatives.

Al final de l’experiment es van trobar diferències significatives en el Zn, Pb i Cd bioacumulat depenent del tractament. Els biofilms exposats al tractament U contenien 18 vegades més Zn, 46 vegades més Pb i 25 vegades més Cd que els del C. Per altra banda, els biofilms exposats a l’efluent NF+E van mostrar una bioacumulació de Zn 3 vegades més alta que el C. Per contra, els biofilms exposats a la NF no van presentar diferencies significatives amb el C.

Al final de l’experiment, es va trobar una correlació positiva entre la biomassa d’algues verdes i la bioacumulació de Zn, i una correlació negativa entre la biomassa de les diatomees i la bioacumulació de Zn. Els resultats de la PCA van revelar valors alts de bioacumulació de metalls i dominància de les algues verdes en l’efluent U que suposa l’escenari d’impacte més alt. Per contra, el C i els tractaments (NF i NF+E) apareixen al costat oposat de l’eix, demostrant característiques similars sota un escenari de menys impacte.

Conclusions

Els biofilms demostren que les tecnologies avaluades ofereixen una solució efectiva i viable per al tractament dels efluents de mines abandonades. Les tecnologies tenen el potencial per a reduir significativament l’impacte ambiental global i l’impacte ecològic i realça la necessitat de tractar aquests efluents altament contaminants.

Aquests estudi també evidencia l’impacte ecològic causat per altes concentracions de Zn, Cd i Pb en els biofilms i tot l’ecosistema. Es demostra la capacitat dels biofilms d’actuar com a indicadors biològics de la contaminació de metalls, gràcies a la seva sensibilitat i habilitat d’acumular metalls que es troben en baixes concentracions en aigua. En aquests sentit, s’observa clarament l’impacte tant a nivell funcional com de composició de la comunitat dels biofilms sota les condicions més contaminades. És per això que s’evidencia la necessitat de tractar aquests efluents.